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国内聚乙烯管材专用料的发展概况

作者:liubin | 点击: | 来源:liubin
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2021
【青岛塑料展】介绍了聚乙烯管材的优点和分类方法,从给水管材料、燃气管材料、低熔垂大口径管材料、 耐开裂聚乙烯管材料和耐热聚乙烯管材料五个方面详细介绍了国内的生产情况,并结合国内的研发和生产现状,提出了我国聚乙烯管材专用料的发展方向。 ...

摘 要:介绍了聚乙烯管材的优点和分类方法,从给水管材料、燃气管材料、低熔垂大口径管材料、 耐开裂聚乙烯管材料和耐热聚乙烯管材料五个方面详细介绍了国内的生产情况,并结合国内的研发和生产现状,提出了我国聚乙烯管材专用料的发展方向。 

关键词:PE100管材;燃气管;耐开裂聚乙烯;耐热聚乙烯

目前,聚乙烯(PE)管材已成为在聚氯乙烯(PVC)之后,世界上消费量第二大的塑料管道品种。由于PE管材具有突出的耐化学腐蚀性、耐低温性、耐热和耐磨性、焊接性能好、对输送介质无污染、使用寿命长、制造安装费用低等特点,被广泛地应用于市政工程建设、农业生产以及石油化工等领域。 

中国市场PE管材料主要集中在给水管、燃气管、地暖管等领域。随着国内石化企业在管材料研发投入的加大,不断推出新的牌号,产量也逐年增加,基本能够满足中国市场的需求。

虽然在总量上能够满足现阶段的需求,但是也存在一定的不足,比如燃气管、地热管等领域,对外依存度仍然较大, 高质量的原材料进口占比较大,需要进一步完善这 些领域国内的供应能力,提高国产料供应量和市场竞争力。

按照国际标准ISO9080—2012和ISO 12162—2009将PE管材分为 PE32、PE40、PE63、 PE80、PE100、PE112以及PE125等级别,目前市场上以PE100级管材料为主。 

2019年,国内市场PE管材的产量约为244万t,同比增长15%,其中PE100级管材产量为186.9万t,地暖管产量为13万t,燃气管材料为8万t。 

1、给水管材料 

PE管材具有卫生性好、利于环境保护、柔韧、可熔接、铺设方便经济、使用安全可靠等优点,在室外给水领域获得了快速发展。根据国家标准 GB/T13663.1—2017《给水用聚乙烯(PE)管道系统第1部分:总则》的要求,应采用黑色或蓝色的混配料。

对于饮用给水管,管材的颜色为蓝色或者黑色管材加蓝条。虽然国家标准规定给水管应采用混配料,但是目前国内聚乙烯给水管多采用本色料加炭黑色母料的方法来生产。目前我国给水管材原料企业主要以生产本色PE100级专用料为主,少数生产PE80级及PE63级管材料,具体生产情况如表1所示。

2、燃气管材料 

由于聚乙烯管材具有良好的快速裂纹传递抵抗能力,使其成为城镇中低压埋地燃气管材的首选材料。

根据国际标准ISO4437—1:2014《燃气 用埋地聚乙烯 管材(PE)-公 制 标 准-规 范》和 GB 15558.1—2015《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分:管材》的要求,生产燃气用埋地聚乙烯管材的原料应采用混配料,其中PE100级树脂 的颜色为橙色或者黑色,PE80级树脂的颜色为黄色或黑色。

进入21世纪,我国开始实施能源结构调整计划,充分利用天然气资源,大幅度提高天然气在能源中的比例,特别是城市能源要大部分转换为天然气,聚乙烯燃气管道的市场潜力开始显现。

在 2019年3月19日召开中央全面深化改革委员会第七次会议审议通过了《石油天然气管网运营机 制改革实施意见》。随着《实施意见》通过,中国天然气管输改革逐步推开,天然气管网的建设也会与之形成配套,进而对塑料燃气管道原料的需求也会有一个持续的增长。

在国内,齐鲁石化公司、上海石化公司、燕山石化公司、扬子石化公司和独山子石化公司均已开始聚乙烯燃气管材专用料的开发工作,但是量产的只有上 海石化公司的YHG041T和独山子石化公司的TUB121N3000B。

目前,安全问题重大,对燃气管的质量要求非常严格,燃气行业对专用料品牌的质量与信誉度极为重视,全球高端燃气生产商均把欧洲PE100+协会产品目录作为原料供应商的准入门槛,国内上海石化公司的YHG041T和 独山子石化公司的TUB121N3000B分别在2015年和2017年成为该协会会员。

3、耐开裂聚乙烯(PE100-RC)管材料 

PE100-RC树脂被称为第4代管材树脂,在全缺口蠕变试验(FNCT)测试条件下,其耐慢速裂纹增长时间超过8760h。由于其具有优异的耐慢速裂纹增长性能(如图1所 示),因此也被称之为“超韧 PE100树脂”。

与普通PE100管材相比,在同等条件下,该产品不但能够带来更长的使用寿命和更高的安全性,而且采用现代非传统管道安装技术,可用于管道更新、非开挖安装和管道快速敷设等施工,可以降低管材施工难度,大大降低施工费用。

在聚合工艺方面,通过对分子结构的设计,优化聚乙烯链缠结和结晶度之间的平衡生产PE100- RC树脂。其中双峰聚合工艺一般采用1-己烯作为共聚单体,利安德巴塞尔工业公司利用 HostalenACP(AdvancedCascadeProcess)三釜串联工艺技术,采用1-丁烯作为共聚单体生产耐开裂聚乙烯。 

在国内,中沙(天津)石化、独山子石化以及中韩(武 汉)石化公司采用InnoveneTMS双环管淤浆聚合工艺生产了PE100-RC管材料,上海石化公司采用北星双峰(Borstar)专利技术开发了耐开裂聚乙 烯 PE100-RC管道专用料 YHG041RC。

在国内相关标准中,国标 GB15558.1—2015 《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部 分:管 材》附录D中,推荐采用一些特殊敷设环境(如无 沙床回填)或者非开挖施工等领域,可能需要采用具有高耐慢速裂纹增长性能 PE100混配料。 

4、低熔垂大口径聚乙烯管材料 

与传统的球墨铸铁相比,大口径聚乙烯管材具有卫生性、耐腐蚀性和焊接性能好等方面的优势,因此在污水排放、海水养殖、海水淡化工程、工业冷却水供给等领域应用广泛。

但是在生产大口径聚乙烯管材时,随着最大工作压力的增大,管材的壁厚也逐渐增加,冷却固化的速度慢,熔体会在重力作用下下垂,造成上面壁厚小,下面壁厚大, 即熔垂效应。

因此需要选用特殊的原料,即低熔垂聚乙烯管材专用料,使生产的管材壁厚均匀。对于双峰聚乙烯管材来说,要想获得抗熔垂性能好的产品,需要提高管材料的重均相对分子质量,使高相对分子质量部分的含量更多。

国内一些石化企业通过对双峰聚乙烯聚合工艺条件的优化,平衡产品的加工性能和力学性能的关系,开发出低熔垂大口径聚乙烯管材专用料。

吉林石化公司利用Hostalen 淤浆聚合装置,在双峰PE100级管 材料JHMGC100S的工艺基础上进行了工艺优化,成功开发了低熔垂大口径聚乙烯管材专用料,产品质量得到了用户的认可。

独山子石化公司在Unipol全密度聚乙烯装置上,利用进口的PRODIGY BMC-200催化剂开发了单反应器双峰低熔垂大口径聚乙烯管材专 用料UHXP-4808。

上海石化公司利用北欧化工的 Borstar 技术在4PE装置上成功开发了YHG041LS专用料。国内低熔垂大口径管材料具体生产情况如表2所示。

5、耐热聚乙烯(PE-RT)管材料 

PE-RT是乙烯与α-烯烃的共聚物,具有环保、耐高温、安装方便、可回收再利用等优势,使其迅速成为地暖管、铝塑复合管、输油管等的主要材料。

国际标准ISO22391—2:2009将PE-RT管材分为两种类型,即Ⅰ型和Ⅱ型。按照标准要求,Ⅰ型PE-RT 管材在110℃以下各温度条件下静液压曲线可以出 现拐点;Ⅱ型PE-RT管材在110℃以下各温度条件下 静液压曲线不能出现拐点,也就是说明Ⅱ型 PE-RT 管材耐温耐压性能优于Ⅰ型PE-RT管材。

近些年来,国内石化企业加快对PE-RT管材 专用料的研究与开发步伐,打破了国外石化企业的垄断局面。

抚顺石化公司利用加拿大NOVE公司的Sclaritech溶液法工艺开发出乙烯和辛烯共聚PE-RT管材专用树脂,填补了我国以辛烯为共聚单体的聚乙烯产品空白。

齐鲁石化公司利用茂金属催化剂,在 Unipol气相法聚乙烯装置生产乙烯和己烯共聚产品 QHM22F,之后又开发了QHM32F,在2019 年 QHM32F 的产量超过了QHM22F,实现了 PE-RT产品升级替代。

兰州石化公司和扬子石化公司利用三井CX工艺,通过技术改造和技术创新,开发了三峰PE-RT管材 料。国内主要厂家 PE-RT生产情况如表3所示。

6、发展建议 

由于受我国城镇化管网建设、煤改气政策的激励、国家加大对农业和水利等基础设施建设的投入,促进了我国塑料管道行业的发展。但是随着未来几年炼化一体化项目的陆续投产,PE管材的市场竞争将会更加激烈。

若想在竞争激烈的市场中突围出来,建议在以下几个方面开展工作:

(1)加大高端催化剂研发力度,实现国产化。催化剂作为聚乙烯生产的核心技术,直接影响产品的最终性能。目前,一些管材催化剂还依赖于国外进口,价格相对昂贵。因此实现高端催化剂国产化,无论对提升领域科技创新水平还是提高 产品质量,都具有极其重要的意义。

(2)开发高性能高附加值的管材专用料。与国外厂家相比,燃气管材专用料生产厂家较少,而且颜色单一,需要开发具有颜色管理和抗吸水性能优势的橙色或者黄色管材料。此外,对于PE100-RC管材料,虽然一些厂家已经小批量生产和完成相关认证工作,但是在市场的培育方面还需要一定时间,需要加大市场开发力度。

(3)逐步建立完善的产销研一体化技术服务体系,提高技术支持水平。面对日益加剧的市场竞争,如何提供高水平的技术服务,稳定用户群显得格外重要。国内各大石化企业应当建立产销研一体化的工作思路,从材料的生产、聚合物结构分析表征、管材的加工以及施工质量等方面入手,为客户提供强有力的技术支持。

(4)统筹规划合理布局产业发展。各石化企业应建立部门协调工作机制,做好顶层设计和规划统筹,从原料来源、技术选择、产能布局等多方面进行科学论证,降低投资风险,避免同质化产品无序竞争。

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